RU2695705C1 - Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом - Google Patents
Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2695705C1 RU2695705C1 RU2019111590A RU2019111590A RU2695705C1 RU 2695705 C1 RU2695705 C1 RU 2695705C1 RU 2019111590 A RU2019111590 A RU 2019111590A RU 2019111590 A RU2019111590 A RU 2019111590A RU 2695705 C1 RU2695705 C1 RU 2695705C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acid
- metals
- reagents
- atomic absorption
- sample
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 239000008239 natural water Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 title abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 38
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 16
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012445 acidic reagent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 6
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 abstract description 37
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 10
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 abstract 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 18
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 9
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 9
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 7
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 7
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 5
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 4
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 4
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 239000002594 sorbent Substances 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 239000002195 soluble material Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N (2s)-2-aminopentanedioic acid;hydrochloride Chemical class Cl.OC(=O)[C@@H](N)CCC(O)=O RPAJSBKBKSSMLJ-DFWYDOINSA-N 0.000 description 1
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical class Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000004657 carbamic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012065 filter cake Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 235000011167 hydrochloric acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000004094 preconcentration Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005464 sample preparation method Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/18—Water
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Предложен способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом, включающий фильтрование природной воды, добавление к полимерному фильтру с осадком взвесей двух кислотных реактивов, один из которых азотная кислота, нагревание твердой фазы пробы с реактивами до извлечения из нее кислоторастворимых форм металлов, добавление деонизированной воды, растворение в ней извлеченных кислоторастворимых форм металлов, и использование полученного минерализата для последующего атомно-абсорбционного измерения массовой концентрации тяжелых металлов. В качестве второго кислотного реактива используют пероксид водорода, добавление реактивов к фильтру с осадком взвесей проводят в следующей последовательности и соотношении: азотная кислота (40±2)%, пероксид водорода (20±1)%, деионизированная вода до 100%, а нагревание твердой фазы пробы с реактивами и растворение извлеченных кислоторастворимых форм металлов в деонизированной воде проводят одновременно в закрытых сосудах под воздействием микроволнового излучения мощностью от 300 до 1050 Вт в две стадии до максимальной температуры 200°C в течение 70-75 мин, включая охлаждение. Технический результат – ускорение подготовки проб, точность анализа, а также улучшение экологии в лабораторных условиях. 3 табл., 2 пр..
Description
Изобретение относится к области аналитической химии, а именно к методам количественного определения металлов (Cd, Со, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) во взвешенных веществах природных вод, и может быть использовано в экологическом мониторинге объектов окружающей среды для оценки качества природных, технических и сточных вод.
Проблема совершенствования системы наблюдений за состоянием окружающей среды и развитие новых технологий анализа природных и сточных вод за последние годы приобрела особую остроту. Одной из причин такого положения является недооценка важности получения сведений о качестве твердофазных объектов природной водной среды (донных отложений и, особенно, взвешенных веществ). В настоящее время не установлены ни предельно допустимые концентрации (ПДК) таких загрязнителей как тяжелые металлы в этих компонентах природных вод, ни нормы допустимых погрешностей методик измерения их содержания. Актуальность определения тяжелых металлов во взвешенных веществах водных объектов очень важна, поскольку научными исследованиями установлено, что оценка уровня качества природных поверхностных вод без этого недостаточна, т.к. не отражает действительного содержания тяжелых металлов в водном объекте.
Известен способ масс-спектрометрического анализа примесей, основанный на явлении вторичной ионной эмиссии с поверхности твердого тела (Заявка ФРГ N 1957311, МКИ G01N 23/22, опубл. 1972, N 42), который заключается в том, что поверхность исследуемого образца твердого тела облучают сфокусированным пучком первичных ионов с энергией 2-4 кэВ, регистрируют масс-спектр вторичных ионов, выбитых из поверхностного слоя образца, определяют концентрации химических элементов в образце по измеренным токам вторичных ионов этих элементов.
Однако этот способ рассчитан на изучение химического состава только твердых тел.
Известен способ экстракционно-фотометрического определения суммы тяжелых металлов (А.Б. Бланк, Н.Т. Сизоненко, A.M. Булгакова «Экстракционно-фотометрический метод определения суммы тяжелых металлов при помощи диэтилдитиокарбамината натрия» // Журнал аналитической химии. 1963. Т. 18. №9. С. 1047-1049). Предлагаемый метод определения суммы металлов (Cu, Pb, Bi, Cd, Zn, Mn и Fe) основан на обменных реакциях между карбаминатами перечисленных металлов в хлороформе и ионами меди в водном растворе. Содержание суммы тяжелых металлов в пробе вычисляют косвенно по количеству меди в экстракте.
К недостаткам способа можно отнести длительность и трудоемкость проведения экстракционного комплексообразования металлов и использование в большом количестве вредного для здоровья людей летучего органического растворителя.
Известен также способ определения примесей в природных и сточных водах атомно-абсорбционным методом (Басаргин Т.В., Розовский М.К., Чернова Н.В. «Синтез, исследование и применение хелатообразующих сорбентов для концентрирования и определения микроколичеств элементов в природных и сточных водах» // Журнал аналитической химии. 1992. Т. 47. №5. С. 787-793), в котором до ввода исследуемого образца в атомно-абсорбционный спектрометр типа AAS IN использовали предварительное концентрирование на специально синтезированных для этого хелатообразующих сорбентах. Приводится методика синтеза нового сорбента - полистиролазо-σ-оксибензинлиминодиуксусной кислоты. Необходимые для количественной сорбции условия определены для пяти элементов: марганец, железо, цинк, медь и свинец.
Однако способ позволяет определять концентрации указанных элементов на уровне 0,1 мг/дм3 для ограниченного числа элементов. Кроме того, используемые сорбенты отличаются низкой стабильностью и, соответственно, не обеспечивают достаточной воспроизводимости аналитических результатов.
В качестве прототипа выбран известный способ разложения проб взвешенных веществ (далее - взвеси) (С.Г. Орадовский, Г.Г. Лятиев, И.С. Матвеева, И.М. Кузнецова, В.В. Георгиевский, Т.В. Степанченко, Л.Н. Георгиевская, А.В. Игнатченко «РД 52.10.556-95 Методические указания. Определение загрязняющих веществ в пробах морских донных отложений и взвеси». - ФС России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Москва. 1996. - 49 с.). Известный способ определения следовых элементов (СЭ) железа, марганца, хрома и никеля основан на обработке проб взвеси смесью азотной и соляной кислот при продолжительном нагревании на электроплитке до выпаривания кислот и образования влажноватого остатка, который затем растворяют в деионизированной воде и полученный минерализат используют для атомно-абсорбционного определения содержания металлов. По массовой концентрации металлов в полученном минерализате рассчитывают массовую долю (в мкг/г) тяжелых металлов в донных отложениях или массовую концентрацию (в мкг/дм3) во взвесях водного объекта. Значения погрешности определения СЭ не превышают 58% (для железа).
Недостатками способа являются длительность кислотного разложения образца при нагревании на электроплитке в открытой посуде с реактивами, а выпаривание в открытое пространство концентрированных кислот токсично и вредно для здоровья человека.
Целью предлагаемого изобретения является экспрессность (ускорение) подготовки проб, точность анализа, а также улучшение экологии в лабораторных помещениях.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвесях природных вод атомно-абсорбционным методом, включающем фильтрование природной воды, добавление к осадку взвесей на полимерном фильтре двух кислотных реактивов, один из которых азотная кислота, нагревание твердой фазы взвесей с реактивами до извлечения из нее кислоторастворимых форм металлов, добавление деонизированной воды, растворение в ней извлеченных кислоторастворимых форм металлов, и использование полученного минерализата для последующего атомно-абсорбционного определения массовой концентрации тяжелых металлов, согласно изобретению, в качестве второго кислотного реактива используют пероксид водорода, добавление реактивов к осадку взвесей на фильтре проводят в следующей последовательности и соотношении: азотная кислота (40±2)%, пероксид водорода (20±1)%, деионизированная вода до 100% по осьтатку, а нагревание взвесей с реактивами и растворение извлеченных кислоторастворимых форм металлов в деонизированной воде проводят одновременно в закрытых сосудах под воздействием микроволнового излучения мощностью от 300 до 1050 Вт в две стадии до максимальной температуры 200°C в течение 70-75 мин, включая охлаждение.
Выбор пероксида водорода как добавки к азотной кислоте, обеспечивает высокую окислительную способность предложенной кислотной смеси и дополнительное повышение плотности реакционных паров в газовой фазе, что многократно ускоряет переход кислоторастворимых форм металлов в раствор. При разложении пероксида водорода по уравнению Н2О2→Н2О+O выделяется активный кислород с высокой окислительной способностью, а в остатке образуется вода. На 1 г-атом активного кислорода выделяется наибольшее количество энергии (23,0 кал), по сравнению с другими сильными окислителями. При этом не происходит загрязнение растворяемого материала никакими побочными продуктами разложения, кроме небольшого разбавления конечного объема образца водой.
Нагревание взвеси, выделенной на фильтр, в закрытых сосудах с кислотой и пероксидом водорода по специальной температурной программе, обеспечивает равномерное растворение полимерного фильтра и полноту разложения минерально-органической матрицы твердой фазы взвесей.
Кроме того нагревание в микроволновом поле до 40 герметично закрытых сосудов с пробами и реактивами многократно увеличивает производительность анализа, минимизирует потери определяемых металлов и обеспечивает безопасность воздуха лабораторных помещений.
Совокупность отличительных признаков описываемого способа обеспечивает достижение указанного технического результата.
В результате проведенного анализа уровня техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение прототипа из выявленных аналогов позволило выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
При дополнительном поиске других технических решений, относящихся к способам подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод, указанных отличительных признаков не обнаружено. Таким образом, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Способ реализуется следующим образом.
Аликвоту анализируемой воды (объемом не менее 250 см3) фильтруют через полимерный мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм. При этом на фильтре происходит многократное (от 5 до 20 раз) концентрирование анализируемых металлов (Fe, Cd, Со, Mn, Cu, Ni, Pb, Cr и Zn) из образца воды в виде осадка взвесей. Осадок взвесей вместе с фильтром обрабатывают реактивами в следующей последовательности и соотношении: азотная кислота 40-42%, пероксид водорода 19-20%, деионизированная вода до 100%. В закрытых тефлоновых сосудах микроволновой системы смесь пробы с реактивами подвергают нагреванию в две стадии до максимальной температуры 200°C, регулируя мощность магнетрона от 300 до 1050 Вт. В результате такой обработки в раствор переходят кислоторастворимые формы тяжелых металлов, которые по своему содержанию наиболее близки к общему содержанию металлов во взвесях. Оптимальное время полного разложения пробы (до получения прозрачного и бесцветного раствора-минерализата) составляет 75 мин, включая охлаждение до комнатной температуры. Далее атомно-абсорбционным методом выполняются измерения массовой концентрации металлов в полученном растворе. Полученные результаты пересчитывают на содержание металлов во взвесях в микрограммах в кубическом дециметре воды.
Пример 1. Измерения массовой концентрации металлов в эталонном образце взвесей в различных условиях микроволновой обработки
Были приготовлены эталонные образцы взвесей водопроводной воды и образцы на ее основе с добавлением известных концентраций ионов железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, хрома и цинка. В качестве добавок использовали государственные стандартные образцы состава ионов металлов (ГСО) и приготовленные из ГСО аттестованные растворы. Пробы воды объемом 250 см3 пропускали через предварительно очищенные от металлов кипячением в 1%-ном растворе азотной кислоты мембранные фильтры, цилиндр и осадок на фильтре последовательно промывали 10 и 5 см3 деионизированной воды. Одновременно 250 см3 деионизированной воды пропускали с помощью фильтрующего устройства через очищенный мембранный фильтр. Полученный образец использовали для измерения холостого опыта. После полного освобождения от промывных вод фильтры с осадками взвесей помещали в чистые и сухие тефлоновые сосуды микроволновой системы. При необходимости в сосуды прибавляли с помощью градуированной ручной или автоматической пипетки растворы добавок ионов металлов, затем реагенты для разложения твердой фазы образца.
Условия эффективности разложения твердой фазы образцов и извлечения кислоторастворимых форм металлов в раствор (количественные соотношения реагентов: азотная кислота от 30 до 45%, пероксид водорода от 10 до 25%, деионизированная вода до 100% по остатку - и степень извлечения металлов Rизв.) изучили на примере эталонного образца 2 с фиксированными добавками ионов металлов, отличающихся по химическим и гидрохимическим свойствам - железа, марганца, никеля, свинца и хрома.
где Rизв. - степень извлечения металлов из твердой фазы взвесей в раствор, %;
Сх - результат измерения массовой концентрации металла в эталонном образце, мкг/дм3;
Сс доб. - результат измерения массовой концентрации металла в эталонном образце с добавкой, мкг/дм3;
Сдоб. - концентрация добавки металла, мкг/дм3.
Условия микроволнового нагрева (время подъема и поддержания температуры до заданного значения и мощность магнетрона) выбраны таким образом, чтобы нагревание до 100°C на 1-ой стадии осадков взвесей с фильтрами в закрытых сосудах с кислотной смесью способствовало равномерному и полному растворению полимерного фильтра и высвобождению твердой фазы взвесей в общий объем реакционной смеси. На 2-ой стадии повышение температуры до 200°C обеспечивало интенсивное ускорение в условиях повышенного давления и эффективность химических реакций разложения минерально-органической матрицы твердой фазы взвесей. Нагревание в две стадии регулировали мощностью магнетрона от 300 до 1050 Вт.
После окончания программы нагревания образцов в микроволновом поле и охлаждения до комнатной температуры полученные растворы переносили в мерные колбы вместимостью 50 см3 и доводили до метки на колбе деионизированной водой. Измерения массовой концентрации металлов в минерализатах эталонного образца 2 выполняли пламенным способом атомизации, полученные результаты пересчитали на содержание металлов в образцах взвесей. Результаты измерений массовой концентрации металлов в эталонном образце взвесей в различных условиях микроволновой обработки (Р=0,95, n=2) приведены в таблице 1.
Результаты эксперимента, полученные со значениями Rизв. более 80% принято считать удовлетворительными.
Поэтому оптимальными условиями микроволновой обработки выбраны следующие:
- соотношение реагентов азотная кислота (40±2)%, пероксид водорода (20±1)%, деионизированная вода до 100% по остатку;
- нагревание в 2 стадии в микроволновом поле, регулируемом мощностью магнетрона от 300 до 1050 Вт.
Выбранные условия подготовки проб взвесей к атомно-абсорбционному анализу применили для набора данных и оценки метрологических характеристик (например, среднеквадратического отклонения результатов (СКО)). Проведен эксперимент с серией измерений массовой концентрации металлов с применением метода «введено-найдено» или «метода добавок» с высокими и низкими значениями концентраций. Экспериментальные работы проведены на модельных образцах взвесей 1-5 различного типа вод. Измерения массовой концентрации металлов в минерализатах выполняли пламенным и электротермическим способом атомизации.
Значения СКО рассчитывали по формуле
где СКО - среднее квадратичное отклонение результатов параллельных измерений модельного образца, мкг/дм3;
С - среднее арифметическое значение результатов параллельных измерений модельного образца, мкг/дм3;
Cn - единичный результат измерения модельного образца, мкг/дм3;
n - число параллельных измерений, выполненных для данного модельного образца.
В таблице 2 приведены результаты измерений массовой концентрации металлов в модельных образцах взвесей после микроволновой обработки (Р=0,95) и значения критериев оценки правильности выполненного анализа, рассчитанные по формулам 1 и 2.
На основании данных таблицы 2 сделан вывод о хорошей эффективности извлечения кислоторастворимых форм металлов из твердофазного осадка взвесей в раствор и достаточно удовлетворительной воспроизводимости (значения СКО) их количественного определения атомно-абсорбционным методом.
Пример 2. Измерения массовой концентрации металлов в опытных образцах взвесей природной воды атомно-абсорбционным методом
Для проверки воспроизводимости результатов были подготовлены по приведенному способу опытные образцы (ОО) взвесей природной воды. Для расширения диапазона измерений массовой концентрации металлов во взвесях в сосуды микроволновой системы к пробам и реактивам вносили добавки растворов ионов металлов. Предел возможных значений погрешности установления массовой концентрации металлов в опытных образцах составил 0,8-4,5% за исключением кадмия и хрома (0,8-12%). Измерения массовой концентрации металлов в минерализатах выполняли пламенным (ПлААС) и электротермическим способом атомизации. Результаты измерений массовой концентрации металлов в опытных образцах взвесей (Р=0,95 и n=32) приведены в таблице 3.
Результаты измерений, полученные для большинства опытных образцов в режиме пламенной и электротермической атомизации, показали достаточно хорошую сходимость для обоих способов атомизации.
Применение микроволнового нагрева для разложения минерально-органической матрицы фильтров с осадками взвесей позволило стандартизировать температурный режим минерализации специфической пробы, способствовало лучшей воспроизводимости получаемых результатов, экспрессности и повышению производительности методики.
Полученные результаты использовали для оценивания показателей качества разработанной методики измерений массовой концентрации металлов атомно-абсорбционным методом после предварительной микроволновой обработки проб.
Диапазоны измерений массовой концентрации металлов во взвесях и показатели качества рассчитаны по методическим рекомендациям РМГ 61 (РМГ 61 «Показатели точности, правильности, прецизионности методик количественного химического анализа. Методы оценки» // Москва. Стандартинформ. 2010. С. 5-17).
Диапазоны измерений массовой концентрации металлов во взвесях и границы, в которых погрешность результатов измерений (указана в скобках, %), полученных по методике, находится с принятой вероятностью Р=0,95 при выполнении измерений способом пламенной атомизации составили: для железа от 65 до 1000 мкг/дм3 включительно (±36%), кадмия от 8 до 250 мкг/дм3 включительно (±22%), кобальта от 30 до 300 мкг/дм3 включительно (±48%), марганца от 190 до 1000 мкг/дм3 включительно (±28%), меди от 20 до 650 мкг/дм3 включительно (±47%), никеля от 15 до 300 мкг/дм3 включительно (±55%), свинца от 15 до 250 мкг/дм3 включительно (±19%), хрома от 15 до 240 мкг/дм3 включительно (±43%) и цинка от 15 до 300 мкг/дм3 включительно (±37%). При проведении измерений способом электротермической атомизации диапазоны измерений массовой концентрации металлов и границы погрешности результатов измерений составили: для кадмия от 1 до 240 мкг/дм3 включительно (±62%), кобальта от 2 до 330 мкг/дм3 включительно (±37%), марганца от 3 до 1200 мкг/дм3 включительно (±25%), меди от 5 до 550 мкг/дм3 включительно (±51%), никеля от 10 до 300 мкг/дм3 включительно (±41%), свинца от 2 до 250 мкг/дм3 включительно (±43%), хрома от 1 до 230 мкг/дм3 включительно (±51%) и цинка от 3 до 300 мкг/дм3 включительно (±61%).
Нормативы допустимых погрешностей измерений массовых концентраций металлов во взвешенных веществах водных объектов не установлены. Поэтому рассчитанные экспериментально погрешности разработанной методики измерений массовой концентрации железа, кадмия, кобальта, марганца, меди, свинца, хрома и цинка во взвесях атомно-абсорбционным методом после предварительной микроволновой обработки проб можно считать приемлемыми для изучения загрязнения природных вод в процессе проведения мониторинга объектов окружающей среды.
Предложенное изобретение позволяет значительно сократить время проведения анализа, поскольку операции подготовки проб к анализу (нагревание и кислотное разложение в закрытых сосудах) многократно и интенсивно ускоряются под воздействием микроволнового поля в условиях повышенного давления. Проведение кислотного разложения проб в закрытых сосудах улучшает экологию лабораторных помещений. Пероксид водорода, как дополнительный окислитель, не загрязняет растворяемый материал никакими побочными продуктами разложения, что повышает точность анализа.
Claims (1)
- Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом, включающий фильтрование природной воды, добавление к полимерному фильтру с осадком взвесей двух кислотных реактивов, один из которых азотная кислота, нагревание твердой фазы пробы с реактивами до извлечения из нее кислоторастворимых форм металлов, добавление деонизированной воды, растворение в ней извлеченных кислоторастворимых форм металлов, и использование полученного минерализата для последующего атомно-абсорбционного измерения массовой концентрации тяжелых металлов, отличающийся тем, что в качестве второго кислотного реактива используют пероксид водорода, добавление реактивов к фильтру с осадком взвесей проводят в следующей последовательности и соотношении: азотная кислота (40±2)%, пероксид водорода (20±1)%, деионизированная вода до 100%, а нагревание твердой фазы пробы с реактивами и растворение извлеченных кислоторастворимых форм металлов в деонизированной воде проводят одновременно в закрытых сосудах под воздействием микроволнового излучения мощностью от 300 до 1050 Вт в две стадии до максимальной температуры 200°C в течение 70-75 мин, включая охлаждение.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111590A RU2695705C1 (ru) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019111590A RU2695705C1 (ru) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2695705C1 true RU2695705C1 (ru) | 2019-07-25 |
Family
ID=67512282
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019111590A RU2695705C1 (ru) | 2019-04-16 | 2019-04-16 | Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2695705C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114486778A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-13 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种用于重金属离子的检测装置及其方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2180959C2 (ru) * | 1999-06-01 | 2002-03-27 | МГТУ "Станкин" | Способ определения тяжелых металлов из растворов |
| CN102692385A (zh) * | 2011-03-24 | 2012-09-26 | 河南省产品质量监督检验院 | 一种测定化妆品中滑石粉的方法 |
| CN106501197A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-03-15 | 山东省食品药品检验研究院 | 微波消解‑石墨炉原子吸收测定酱油中铅含量的方法 |
-
2019
- 2019-04-16 RU RU2019111590A patent/RU2695705C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2180959C2 (ru) * | 1999-06-01 | 2002-03-27 | МГТУ "Станкин" | Способ определения тяжелых металлов из растворов |
| CN102692385A (zh) * | 2011-03-24 | 2012-09-26 | 河南省产品质量监督检验院 | 一种测定化妆品中滑石粉的方法 |
| CN106501197A (zh) * | 2016-10-19 | 2017-03-15 | 山东省食品药品检验研究院 | 微波消解‑石墨炉原子吸收测定酱油中铅含量的方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114486778A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-13 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种用于重金属离子的检测装置及其方法 |
| CN114486778B (zh) * | 2022-01-18 | 2023-10-03 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种用于重金属离子的检测装置及其方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Batley et al. | Irradiation techniques for the release of bound heavy metals in natural waters and blood | |
| Khan et al. | Switchable solvent based liquid phase microextraction of mercury from environmental samples: a green aspect | |
| Hołyńska et al. | Simple method of determination of copper, mercury and lead in potable water with preliminary pre-concentration by total reflection X-ray fluorescence spectrometry | |
| Terra et al. | Solvent extraction-spectrophotometric determination of nickel (II) in natural waters using di-2-pyridyl ketone benzoylhydrazone | |
| JP5583362B2 (ja) | 土壌中における含有多元素成分同時分析方法 | |
| Grotti et al. | Determination of sub-nanomolar levels of iron in sea-water using reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry after Mg (OH) 2 coprecipitation | |
| Naeemullah et al. | Cloud point extraction and flame atomic absorption spectrometric determination of cadmium and nickel in drinking and wastewater samples | |
| RU2695705C1 (ru) | Способ подготовки проб для определения содержания тяжелых металлов во взвешенных веществах природных вод атомно-абсорбционным методом | |
| RU2756458C1 (ru) | Способ определения массовых концентраций тяжелых металлов в почве методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой | |
| CN107764818A (zh) | 一种检测重金属含量的方法 | |
| Zachariasen et al. | Technique for determining nickel in blood by flameless atomic absorption spectrophotometry | |
| Moalla et al. | An ionic liquid-based microextraction method for highly selective and sensitive trace determination of nickel in environmental and biological samples | |
| JP5425864B2 (ja) | 土壌中有害物質の含有量の簡易試験方法 | |
| Dabeka | Graphite-furnace atomic absorption spectrometric determination of lead and cadmium in foods after solvent extraction and stripping | |
| Lemos et al. | Determination of copper in biological samples by flame atomic absorption spectrometry after precipitation with Me-BTAP | |
| Zucheng et al. | Determination of trace amounts of molybdenum in water samples by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry after cobalt-dithiocarbamate coprecipitation | |
| Ghaedi et al. | Application of Triton X-100 Coated Poly Vinyl Chloride as new solid phase for Preconcentration of Fe3+, Cu2+ and Zn2+ Ions and their flame atomic absorption spectrometric determinations | |
| JP4956037B2 (ja) | 土壌中有害物質の溶出量の簡易試験方法 | |
| CN109254067B (zh) | 一种基于罗丹明b/还原氧化石墨烯修饰的玻碳电极及其制备和应用 | |
| JP6834467B2 (ja) | 有機溶媒の劣化分析法 | |
| RU2808066C1 (ru) | Способ пробоподготовки биологических образцов для количественного определения йода | |
| Marijanović et al. | Trace element analysis of waters by X-ray emission spectroscopy | |
| RU2302628C1 (ru) | Электрохимический способ определения селена и мышьяка в природных объектах | |
| CN116086931B (zh) | 一种消除硫系还原剂干扰的土壤六价铬测定方法 | |
| CN110609023B (zh) | 一种多巴胺修饰的氧化钼量子点的制备方法及其在痕量铀检测中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210417 |